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| 이론 | 뇌가소성 | 브로드만 영역 | }}}}}}}}} | ||
1. 개요
| 세로토닌 (Serotonin) | ||
| | | |
| 화학식 | C10H12N2O | |
Serotonin, 5-Hydroxytryptamine (5-HT)
모노아민 신경전달물질의 하나로, 감정, 수면, 식욕 등의 조절에 관여를 한다. 행복감을 느끼게 하므로 행복 호르몬으로 불린다.[1]
2. 합성과 분포
생화학적으로는 트립토판에서 유도된다.[2]주로 사람을 포함한 동물의 위장관, 혈소판, 뇌, 중추신경계에서 볼 수 있다.
사람 기준으로는 위장관에 90%, 중추 신경계에 1~2% 정도 분포한다. 뇌혈관 장벽(brain blood barrier)을 통과하지 못하므로 CNS의 세로토닌은 신경 세포에서 합성한다. 나머지 8%는 혈소판에 존재하는데, 혈소판에서 생성된 것은 아니고 위장관에서 생성된 세로토닌을 흡수한 결과이다. 지혈과정에 사용되고 혈관 수축 작용이 있다. 세로토닌(serotonin)이라는 이름도 혈관(serum)에 톤(tone)을 준다는 뜻이다. 중추 신경계에서는 솔기핵(raphe nuclei)에 세로토닌성 신경 세포의 세포체가 위치하여 변연계(limbic system)의 일부를 구성한다. 특히 prefrontal cortex를 향하는 부분이 우울증 관련 회로로 중요하다.
남녀 사이 세로토닌 수치는 크게 다르지 않지만, 합성은 남성이 여성의 1.52배가량이다. 저장량이 같아도 합성이 빠르면 스트레스 상황에서 빠른 수치 회복이 가능하므로, 남성이 여성보다 주요우울장애 유병률이 낮은 원인으로 추측되기도 한다.[3]
3. 작용
3.1. 중추 신경계
보통 행복을 느끼게 하고 우울, 불안을 줄이는 데에 기여한다.- 모노아민 가설[4], 혹은 우울증과 세로토닌의 연관성 발견 과정
또한 우울증 환자의 CSF에서 5-HT의 최종 대사 산물인 5-HIAA가 감소한 것도 모노아민 가설을 지지했다. 이후 우울증에 영향을 준 약물들의 기전을 참고하여 1세대 항우울제로 MAOi와 TCA가 출시되었고, 이후 선택성을 강화한 2세대(SSRI), 3세대(SNRI) 항우울제도 개발되었다. 모노아민 이외에도 Oxytocin, GABA, Glutamate, Endorphin, Endocannabinoid 등 우울감 개선에 영향을 주는 물질들이 추가로 발견되었고, 특히 Glutamate와 ketamine 작용은 4세대 비정형 항우울제인 Esketamine 개발로 응용되었다.
사람의 감정은 세 가지 신경 전달 물질에 의해서 형성되는데, 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌이 그것이다. 도파민은 쾌락의 정열적 움직임, 동기부여, 긍정적인 마음, 성욕과 식욕 등을 담당한다. 노르에피네프린은 불안, 부정적 마음, 스트레스 반응 등을 담당한다. 세로토닌은 도파민과 노르에피네프린을 적정 수준으로 유지한다. 이외에도 공격성, 사회성 등 많은 심리 기능이 적절히 기능하도록 통제하며 그래서 우울증, PTSD 환자의 경우 세로토닌 수치가 매우 적다.[5]
이처럼 행복감과 연관이 있어 마약 제조 및 우울증 연구와 계속 엮이는 편. 그 예시로 환각버섯속, 미치광이버섯속 버섯에 실로시빈(Psilocybin)이 있는데, 실로시빈은 위장에서 위액에 의해 실로신(Psilocin)으로 전환되어 뇌의 세로토닌 수용체를 활성화시키며, 뇌의 핵심 부위에서 뉴런의 작용을 감소시켜 환각을 보게 한다. 소화의 과정을 거치므로 먹은 후 30분에서 1시간 시간이 지나야 작용이 시작된다.[6] 대사가 완료된 실로신은 소변으로 배출된다. 한편 LSD의 경우 화학적으로 생성된 것이라 소화의 작용 없이 체내에서 직접 효과를 보인다. 세로토닌 수용체, 특히 5-HT2A 수용체에 강력하게 작용하는 작용 물질은 환각버섯과 LSD 외에도 여럿 있다. 하지만 이 수용체의 활성이 환각을 유도하는 메커니즘은 아직 규명되지 않았다.[7] 한편 세로토닌의 재흡수를 막거나 분비 촉진에 영향을 주는 코카인[8]이나 MDMA 또한 행복감을 주는 대표적인 마약물이며, 그중에서도 MDMA는 PTSD 치료용 약물로 시험 중에 있다.
일반인이 접근 가능한 세로토닌 촉진제로는 5-HTP, 5-하이드록시트립토판(5-hydroxytryptophan) 성분이 포함된 보조제 정도가 있다. 해외에서는 평범한 마켓에서도 판매할 만큼 흔하게 섭취되고 있지만, 한국 내에서는 관세청 및 식약처 통관 기준에 따라 통관 금지 품목이라고 한다. 언급했듯 세로토닌은 트립토판에서 유도되는데, 이 트립토판이 한번 효소 반응을 거친 것이 5-HTP이다. 물론 처방전을 필요로 하는 제대로 된 항우울제(세로토닌 재흡수 억제제)와는 차이가 있으며, 어디까지나 '보조'제의 역할 정도밖에 하지 못한다. 다만 미미한 양이라도 세로토닌의 수치에 영향을 미칠 수 있기에 5-HTP와 다른 항우울제를 함께 복용하는 것도 추천되지 않는다. 또한 세로토닌 수치가 너무 높으면 뇌가 세로토닌에 과하게 반응하여 세로토닌 증후군이 생길 수도 있다. 식욕부진 보조제로 주로 사용되는 항히스타민제인 시프로헵타딘 등이 세로토닌을 차단하는 데에 쓰인다. 탄닌이 세로토닌 과다 분비를 유발한다.
신경과학에 따르면 신경성자는 세로토닌에 둔하고 더 광범위한 수용 회로가 존재한다.
밤이나 새벽에는 낮에 활동을 하게 해주는 세로토닌의 분비가 줄고 멜라토닌이 늘어나기 때문에 감성이 풍부해지고 주침야활족들이 흔하게 우울증을 느끼는 이유이기도 하다. 또한 낮에 햇빛을 쬐어야 세로토닌의 분비가 적정량에 도달하므로 햇빛을 너무 오랫동안 쬐지 않으면 신경병증, 정신병이 올 수 있다.
또한 일조량과 함께 기온도 낮아질수록 세로토닌 분비를 유지하기 위해 지방과 탄수화물을 찾게 된다.
사랑에 빠지게 되면 뇌 변연계에서 분비하는 페닐에틸아민이 작용해 뇌에서 도파민, 노르에피네프린 등 각성제 역할을 하는 호르몬이 분비된다.
매운 음식을 먹을 때 엔도르핀과 함께 분비된다. 서양고추나물을 먹으면 세로토닌 수치를 증가시키지만 부작용이 있을 수 있다.
비타민D가 유전자 발현에 관련이 있는데, 이 유전자 중에는 도파민과 세로토닌 같은 뇌내 신호 전달 물질의 관리를 담당하는 것들도 있기에 비타민 D 결핍은 정신 질환의 악화를 일으킬 수 있으며, 특히 세로토닌의 결핍이 원인으로 작용하는 여러 기분 장애를 악화시키는 것으로 알려져 있다. 그래서 하늘의 색과 주변의 밝기에서 오는 분위기와 햇빛의 유무의 차이로 맑은 날에는 기분이 좋아지고, 흐리거나 비가 오는 날에는 우울해진다.
사정 지연 효과를 내며 세로토닌이 부족하면 조루가 생기는 것으로 알려져 있다. 따라서 포르노에 중독이 되면 도파민이 과다해져 도파민 수용체(세로토닌)가 줄어들어 심인성 조루가 발생한다고 주장하는 학자들도 있다. 또한 실로시빈 함유 환각버섯 사용 시 발기는 되나 사정이 지연되는 효과도 설명된다.
편두통의 정확한 병리는 아직 밝혀지지 않았으나, 신체의 세로토닌의 고갈과 관련이 있다고 알려져 있다. 또한 긴장성 두통이 심각할 경우, 편두통처럼 세로토닌 작용물질인 DHE 및 수마트립탄(sumatriptan)으로 치료하기도 한다.
3.2. 세로토닌과 미생물군 상호작용
세로토닌의 90% 이상은 장내에서 생성되며, 장내 미생물과의 상호작용이 세로토닌 분비에 큰 영향을 준다. 특히 특정 장내 세균은 장세포의 세로토닌 생합성을 자극하는 신호물질을 방출한다. 이때 TPH1(Tryptophan Hydroxylase 1) 효소의 발현을 증가시켜 트립토판이 세로토닌으로 전환되는 과정을 가속화한다.이러한 메커니즘은 장-뇌 축(gut-brain axis)의 핵심 요소로 간주되며, 장내 미생물군의 불균형은 세로토닌 농도의 변화뿐만 아니라 우울증, 불안, 자폐 스펙트럼 장애 등의 신경정신 질환과도 연관되어 있는 것으로 보고된다.
최근에는 프로바이오틱스 및 프리바이오틱스가 장내 세균 조성을 조절함으로써 간접적으로 세로토닌 수치를 조절할 수 있다는 가능성도 제기되고 있다. 이는 세로토닌 관련 정신질환의 보조 치료법으로 장내 환경 조절이 활용될 수 있음을 시사한다.
3.3. 세로토닌과 혈소판 기능
세로토닌은 혈소판의 응집 작용에도 중요한 역할을 한다. 혈소판 자체는 세로토닌을 합성하지 못하지만, 위장관에서 방출된 세로토닌을 혈중에서 흡수해 저장한 후, 혈관 손상 시 방출하여 혈관 수축과 응고 반응을 유도한다.세로토닌은 혈관 평활근의 수축을 유도하는 동시에 혈소판 간의 상호작용을 강화함으로써 혈병(thrombus) 형성에 기여한다. 이 작용은 특히 뇌졸중이나 심혈관 질환 등과 연관되어 있으며, 고농도의 세로토닌이 혈전 위험을 증가시킨다는 보고도 있다.
또한, 특정 SSRI 복용자의 경우 혈소판 내 세로토닌 저장량이 줄어들어 출혈 경향이 높아지는 사례가 보고되었으며, 이로 인해 장기 복용자는 위장관 출혈이나 생리 과다 등의 부작용을 경험할 수 있다.
3.4. 위장관
소화제 중 위장관 운동 촉진제는 세로토닌으로 작용하는데 부작용으로 설사를 유발할 수도 있다. 또한, 과민성대장증후군의 원인으로 손꼽히기도 한다. 뇌로 전달되어야 할 물질이 엉뚱한 곳인 대장으로 넘어가 설사나 변비, 복부팽만감, 식욕부진 등을 초래하게 되는 것이다.3.5. 수용체 다양성과 분포
세로토닌은 하나의 수용체가 아닌, 최소 7가지 종류(5-HT1 ~ 5-HT7)의 수용체 군으로 작용 부위가 매우 다양하다. 이들 중 일부는 흥분성이고, 일부는 억제성이다. 예를 들어 5-HT1A 수용체는 주로 억제성으로 작용해 불안 완화와 연관이 있으며, SSRI의 주요 작용 대상 중 하나이다. 반면 5-HT2A는 환각 유발 물질의 주요 결합 수용체로 알려져 있다.각 수용체는 뇌의 특정 부위뿐 아니라 위장관, 심혈관계, 면역세포 등 다양한 조직에 분포하며, 동일한 세로토닌이라도 작용 부위와 수용체 종류에 따라 전혀 다른 생리학적 효과를 유도할 수 있다.
약물 개발에 있어서도 수용체 특이성을 고려한 선택적 작용제가 활발히 연구되고 있으며, 이는 우울증, 불안장애뿐 아니라 편두통, 과민성 장 증후군, 조현병 등 다양한 질환에 대한 치료 가능성을 넓히는 데 기여하고 있다.
3.6. 호흡기 및 면역계에서의 역할
세로토닌은 중추 신경계와 위장관 외에도 호흡기 및 면역계에서 활발히 작용한다. 기도 평활근에 존재하는 5-HT 수용체는 기관지 수축에 관여하며, 천식 등의 기도 과민반응에 영향을 줄 수 있다. 세로토닌 수치가 과도할 경우 기도 수축과 관련된 증상이 악화될 수 있다는 보고도 있다.면역계에서는 T세포, 대식세포, 호중구 등 다양한 면역세포에서 세로토닌 수용체가 확인되었으며, 염증 반응 조절, 사이토카인 분비, 면역세포의 이동 및 활성을 조절하는 데 기여한다. 최근 연구에서는 자가면역질환, 알레르기, 만성 염증성 질환과 세로토닌 작용 간의 연관성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서 세로토닌은 단순히 기분이나 소화에만 관여하는 신경전달물질이 아니라, 전신의 항상성을 조절하는 복합 조절자로서 기능한다고 볼 수 있다.
3.7. 기타
월경 전 증후군(PMS)의 수많은 원인 중 하나이기도 하다. 원인은 명확히 밝혀져 있지 않으나 황체형성호르몬의 비정상적 박동성 분비, 도파민 감소에 따른 프로락틴(유즙 분비 호르몬)의 증가와 엔도르핀 및 세로토닌의 감소 등 호르몬 이상이 증상을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 심리적 증상은 세로토닌 재흡수 차단제인 SSRI를 통해 해결할 수도 있다.가려움증이 들어 긁으면 분비되는데, 이 세로토닌은 가려움을 전달하는 신경 회로를 자극하기 때문에 더 긁고 싶어지게 한다.
영아돌연사증후군의 원인은 아직까지 밝혀진 바는 없지만 세로토닌 부족 등 때문이라고도 추측된다.
세로토닌의 분비량 증가에 따라 풀무치가 대발생형으로 변화한다고 한다.
통각을 느끼면 세로토닌이 분비되기 때문에 세로토닌이 부족한 사람들은 매운음식을 먹는걸 좋아하고 자해를 하기도 한다.
4. 세로토닌의 유전적 조절
세로토닌의 생합성과 재흡수 과정은 유전자의 영향을 강하게 받는다. 대표적으로 5-HTT 유전자(SLC6A4)는 세로토닌 수송체(Serotonin Transporter, SERT)의 발현을 조절하는데, 이 유전자의 프로모터 영역인 5-HTTLPR의 다양성에 따라 세로토닌 재흡수 속도에 차이가 발생한다.특히 단일염기다형성(SNP)인 short(short allele) 보유자는 long allele 보유자에 비해 세로토닌 재흡수가 감소하고, 스트레스에 대한 감수성이 높아 우울증, PTSD의 발병률이 상대적으로 높게 나타난다.
이러한 유전적 요인은 환경적 스트레스와 상호작용하여 정서 장애의 발생 위험을 증가시키므로, 최근에는 유전적 바이오마커로 활용하거나 개인 맞춤형 정신의학 치료법에 응용하려는 시도가 이뤄지고 있다.
5. 결핍 증상
5.1. 기분 장애
세로토닌은 정서적인 안정과 직접적인 연관이 있다. 그래서 세로토닌 수치가 낮아지면 평소보다 더 민감해질 가능성이 크다. 주변 사람들의 의견을 실제보다 부정적으로 받아들이게 되는 경우도 있다.5.1.1. 우울 장애
행복 호르몬인 세로토닌이 부족하면 매우 감성적이게 되어 행복도가 낮아지고 우울감을 많이 느낀다. 그래서 기분장애 중 우울장애(우울증)를 가진 사람은 세로토닌의 수치가 낮게 나타난다고 한다. 이 때문에 우울 장애에 처방하는 항우울제는 세로토닌의 수치를 높이는 작용을 한다. 다만 항우울제를 갑자기 복용 중단하면 금단 현상이 일어날 수 있다. 보통 세로토닌을 원인으로 꼽지만 도파민도 영향을 끼친다.5.2. 성격 장애
성격장애에서는 주로 세로토닌의 활동 수준이 낮은 문제(MAO 효소의 결핍 또는 세로토닌 분비 저하)가 발견된다고 한다.5.3. 섭식 장애
세로토닌은 포만감을 느끼게 하고, 음식 섭취량을 줄이려는 욕구를 일으키게 한다. 이 작용이 원활하지 않게 되면 섭식장애(지나치게 많이 먹거나 너무 적게 먹는 등)의 문제가 생길 수 있다.5.4. 불안 장애
공황장애와 불안장애는 뇌 전두엽의 이상으로 인해서 세로토닌의 기능이 저하되어 나타나므로, 세로토닌의 재흡수를 억제하는 SSRI를 복용함으로써 공황 장애 및 그와 동반되는 증상 극복에도 도움이 된다. 덤으로 항불안제 중엔 부스피론이라는 약이 있는데, 부스피론은 5-HT1A 수용기에 부분적으로 작용하여 불안을 떨구는 역할을 한다. 근데 동작하기까지 걸리는 기간이 벤조디아제핀에 비해 꽤나 오래되고(...) 그리고 무엇보다 벤조디아제핀보다 불안 감소가 떨어진다. 한 가지 장점이라곤 벤조디아제핀의 문제점인 금단 증상이 없다는 것.5.5. 강박 장애
강박장애는 전두엽과 기저핵 부분의 혈류 이상으로 인해 세로토닌의 기능이 저하되거나, 세로토닌 수용체의 감수성 증가가 원인이라고 알려져 있다. 따라서 세로토닌 재흡수 억제제인 SSRI를 복용하는 것이 일차적 처방이다. 강박장애의 경우는 세로토닌 재흡수 억제제 이외에도 인지행동치료 처방을 하기도 한다. 둘을 병행하면 치료에 큰 도움이 된다고 한다.5.6. 간헐적 폭발 장애
간헐적 폭발 장애(분노조절장애)를 가진 사람은 유전적으로 세로토닌이 부족한 사람일 가능성도 크다.5.7. 야간 발한
자기 전에 몸에 열이 37.5도 정도의 미열 증상이 나타날 수 있어 이러한 요인으로 기온이 높지 않아도 더위를 느끼고 땀이 많이 나며 불면증이 일어나게 되어 수면 부족으로 전신 건강에 악영향을 미치는 것으로 알려졌다.6. 세로토닌 증후군(과다 증상)
- 체내 세로토닌이 충분히 대사되지 못해, 세로토닌이 과해서 생기는 병이다.
- 항우울제 복용하는 환자, 특히 MAOI와 SSRI를 병용하는 환자에서 일어날 수 있다.
- 감성이 메마르므로 다행증[9]이 나타나기도 한다. 다행증은 우울증과 반대되는 정신질환으로 행복감을 지나치게 많이 느끼며, 부정적인 감정(우울, 불안 등)은 느껴야 할 상황에서도 느껴지지 않는다.
- 신체적 증상도 나타난다. 경증으로는 고혈압, 심박수 증가가 확인되고 중등증으로는 고열, 동요(agitation), 반사 증가, 발한, 동공 확장, 설사 등이, 중증에서는 심한 고열(41도 이상)과 사망까지 이를 수 있다.
- 치료제는 수면제로 사용되는 벤조디아제핀, 그 외에도 5-HT antagonist 등 CNS depressant를 사용한다.
[1] 이 점에서 도파민과 혼용되기도 한다만, 굳이 말하자면 도파민은 쾌락 호르몬에 가깝다.[2] 화학명 5-HydroxyTryptamine를 보면 5번째 탄소에 hydroxyl(OH)기가 붙은 tryptophan과 비슷하지 않은가?[3] S Nishizawa et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997. Differences between males and females in rates of serotonin synthesis in human brain #[4] 과거의 오래된 가설이며 현재는 주요우울장애의 발병기전이 모노아민 가설로 설명될 정도로 단순하지 않다는게 밝혀졌으니 참고만 하자.[5] 김준기, '영화로 만나는 치유의 심리학', 시그마북스, 2009, pp.45~46.[6] 이는 화학적으로 제조된 LSD 등의 약물과 달리 자연 유래이기 때문에 어쩔 수 없다. 따라서 실제 환각버섯을 이용할 시에는 실로신으로의 전환을 촉진하는 여러 복용법이 사용된다. 자세한 것은 환각버섯 복용법 참조.[7] 이렇게 작용 기전은 전부 밝혀지지 않았고, 세로토닌을 차단한다는 정도만 알려졌다고 한다.[8] 도파민, 세로토닌, 노르에피네프린의 재흡수를 막는 삼중 재흡수 억제제로 작용한다.[9] 조증과 동일한 개념이 아니다.